概述:
通过了解原因,采取预防途径可以减轻焊接接头的腐蚀。
来源:Jacek Sopotnicki/Dreamstime.com
腐蚀,顾名思义,是材料与环境发生化学或电化学反应造成的降解。虽然这通常对大多数金属是个问题,但是应特别注意对焊接接头的处理。即使选择合适的金属和焊料,满足所有标准并焊接得当,仍会发生腐蚀。
腐蚀由三个基本要素引起:材料、环境,应力和载荷,它们可以独立或相互结合产生作用。由于不同的化学组成、可能的残余应力,焊接接头处的不连续性,所有这些因素在观察焊接接头的性质时都可能是一个问题。
这是一个非常复杂的话题,工程师们已经尝试(大部分未成功)对这些不受欢迎的机理进行分类。到目前为止,按照专业思想,腐蚀机理可通过范围和起源地进行分类,通过材料分离机制分类,通过物理外观分类。
本文将主要集中在通过材料分离机理分类,将列举一例进行彻底检查。
焊接接头的腐蚀原因和机理概述
焊接接头的腐蚀主要由制造和冶金因素共同造成的。这些包括但不限于焊接件设计缺陷,焊接不良,各种焊接缺陷(包括无损测试中造成的耐受和不可接受的缺陷),裂纹、残余应力和各种冶金原因。
焊接接头的结构有三个不同的区域,每个区域有不同的力学和结构特性。熔合区是基体金属和填充金属的混合区域,其每一部分具有本质上不同的化学和结构组成。熔合区和基体金属之间是热影响区(HAZ),具有与基体金属不同的结构特性。这种由于不同组成和电位变化的结构是
焊接接头腐蚀的主要原因,焊接腐蚀的主要原因之一是由于不同的组成物和电势,并且残余应变始终存在于焊接过程中热致形变的接头中。
这意味着,即使采取所有的预防措施以防止腐蚀,对这些结构和几何变化的误读仍会导致特殊区域大量出人意料的各种形式的腐蚀。
焊接接头一些典型腐蚀机理是电偶腐蚀、应力腐蚀开裂(SCC)、摩擦腐蚀、空化腐蚀、高温腐蚀等各种不同形式的局部腐蚀(例如点蚀和缝隙腐蚀),腐蚀疲劳和氢致冷开裂。
所有这里提到的腐蚀机制的本质都是电化学性质的,它们需在电解质的存在下,例如水,使得管道变得特别脆弱。
电偶腐蚀
包括焊接接头在内,它的机理是由基体金属的和熔融区金属不同的化学组成造成的。
虽然一些金属可以自发焊接(即有相同的填充材料为基料),但是多数情况下,为了保证焊接接头的力学性能能够与其余焊件连续,材料的成分只是稍有不同。
第二种情况,焊接金属往往具有与母材不同的电位。这种电位差异,在电解质存在下,是电偶腐蚀主要的必需先决条件。标准电池中也使用相同原理:两种金属形成电偶对,电子从阳极(这种情况是低电位金属)传输到阴极,阳离子以相反方向传输。虽然这种机制在电池中产生电压,然而在焊接接头上这种机理优先腐蚀掉低电位材料。
例如,对于大多数铝合金,焊接金属和热影响区相比于母材金属电位更高,这意味着基体金属更容易发生电偶腐蚀。类似的影响会发生在高强度低合金钢上用奥氏体填充金属作现场补充焊件。
最小化腐蚀的焊接实例
虽然焊缝腐蚀几乎不可能完全防止,但是有几种方法可以最大限度地减少它的影响和发生。
必须仔细选择材料,以尽可能地与操作环境有化学相容性。
经过适当清洗和处理的表面具有更少的物理缺陷,缺陷点是一些腐蚀形式的起源。仔细选择清洁和处理方法对于防止表面杂质或无意产生孔洞很重要。
退刀槽、缝隙和焊接面及焊缝根部的不充分空间可以造成几种不同机理的腐蚀,特别是空泡腐蚀、点蚀和缝隙腐蚀。
为了避免这些问题,必须采取几个步骤。必须做到适当的渗透和根焊缝沉积。如果使用气体保护金属焊接或自动粉末焊接,则熔渣必须在每个步骤后清除。表面光洁度必须均匀光滑,具有氧化表面作为对以后腐蚀的保护。
适当选择焊后热处理可以释放一部分或全部残余应力,保护焊件不受某些腐蚀。它也可以释放一些残留的氢,使材料部分均匀化,从而减少电位差。此外,由于钝化处理能消除表面污染物并在表面产生一层新的钝化氧化膜,它可以保护不锈钢不被腐蚀。
翻译:Sarah
原文:corrosionpedia
原作:Nemanja Pavlovic